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一、JVM體系結構

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二、class格式文件概述

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class文件是一種8位字節的二進制流文件， 各個數據項按順序緊密的從前向后排列， 相鄰的項之間沒有間隙， 這樣可以使得class文件非常緊湊， 體積輕巧， 可以被JVM快速的加載至內存， 并且占據較少的內存空間。 我們的Java源文件， 在被編譯之后， 每個類（或者接口）都單獨占據一個class文件， 并且類中的所有信息都會在class文件中有相應的描述， 由于class文件很靈活， 它甚至比Java源文件有著更強的描述能力。

class文件中的信息是一項一項排列的， 每項數據都有它的固定長度， 有的占一個字節， 有的占兩個字節， 還有的占四個字節或8個字節， 數據項的不同長度分別用u1, u2, u4, u8表示， 分別表示一種數據項在class文件中占據一個字節， 兩個字節， 4個字節和8個字節。 可以把u1, u2, u3, u4看做class文件數據項的“類型” 。

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三、class文件詳細介紹

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3.1 魔數

在class文件開頭的四個字節， 存放著class文件的魔數， 這個魔數是class文件的標志，他是一個固定的值： 0XCAFEBABE 。 也就是說他是判斷一個文件是不是class格式的文件的標準， 如果開頭四個字節不是0XCAFEBABE， 那么就說明它不是class文件， 不能被JVM識別。

下面是一個class文件的二進制形式

3.2 主版本號和次版本號

緊接著魔數的四個字節是class文件的次版本號和主版本號。 隨著Java的發展， class文件的格式也會做相應的變動。 版本號標志著class文件在什么時候， 加入或改變了哪些特性。 舉例來說， 不同版本的javac編譯器編譯的class文件， 版本號可能不同， 而不同版本的JVM能識別的class文件的版本號也可能不同， 一般情況下， 高版本的JVM能識別低版本的javac編譯器編譯的class文件， 而低版本的JVM不能識別高版本的javac編譯器編譯的class文件。 如果使用低版本的JVM執行高版本的class文件， JVM會拋出java.lang.UnsupportedClassVersionError。

如下圖，0034為主版本號，對應的十進制數為：50，查看下面圖，可知50對應的是JDK1.6，也就是說該class文件可被JDK1.6以上的虛擬機執行

3.3 class文件中的常量池

在class文件中， 位于版本號后面的就是常量池相關的數據項。 常量池是class文件中的一項非常重要的數據。 常量池中存放了文字字符串， 常量值， 當前類的類名， 字段名， 方法名， 各個字段和方法的描述符， 對當前類的字段和方法的引用信息， 當前類中對其他類的引用信息等等。 常量池中幾乎包含類中的所有信息的描述， class文件中的很多其他部分都是對常量池中的數據項的引用，比如后面要講到的this_class, super_class, field_info, attribute_info等， 另外字節碼指令中也存在對常量池的引用， 這個對常量池的引用當做字節碼指令的一個操作數。 此外， 常量池中各個項也會相互引用。

class文件中的項constant_pool_count的值為1, 說明每個類都只有一個常量池。 常量池中的數據也是一項一項的， 沒有間隙的依次排放。常量池中各個數據項通過索引來訪問， 有點類似于數組， 只不過常量池中的第一項的索引為1, 而不為0, 如果class文件中的其他地方引用了索引為0的常量池項， 就說明它不引用任何常量池項。class文件中的每一種數據項都有自己的類型， 相同的道理，常量池中的每一種數據項也有自己的類型。 常量池中的數據項的類型如下表：

每個數據項叫做一個XXX_info項， 比如， 一個常量池中一個CONSTANT_Utf8類型的項， 就是一個CONSTANT_Utf8_info 。除此之外， 每個info項中都有一個標志值（tag）， 這個標志值表明了這個常量池中的info項的類型是什么， 從上面的表格中可以看出， 一個CONSTANT_Utf8_info中的tag值為1， 而一個CONSTANT_Fieldref_info中的tag值為9 。

JVM常量池中各數據項類型詳解，傳送門

Java程序是動態鏈接的， 在動態鏈接的實現中， 常量池扮演者舉足輕重的角色。 除了存放一些字面量之外， 常量池中還存放著以下幾種符號引用：

（1） 類和接口的全限定名

（2） 字段的名稱和描述符

（3） 方法的名稱和描述符

在詳細講解常量池中的各個數據項之前， 我們有必要先了解一下class文件中的特殊字符串， 因為在常量池中， 特殊字符串大量的出現，這些特殊字符串就是上面說的全限定名和描述符。 要理解常量池中的各個數據項， 必須先了解這些特殊字符串。

class文件中的特殊字符串

class文件中的特殊字符串介紹見這里，傳送門

總結

以上是生活随笔為你收集整理的深入理解 JVM Class文件格式（一）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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